La qualité de l’air est un enjeu de santé publique majeur. Réglementée à l’extérieur, elle reste largement ignorée à l’intérieur des locaux où elle peut être beaucoup plus importante qu’à l’extérieur puisque nous passons plus de 80 % de notre temps à l’intérieur de bâtiments. Le cas des écoles est particulièrement préoccupant. Pourtant des solutions existent…
Un constat alarmant
Les écoles sont des lieux où la concentration des occupants, les durées d’exposition et l’importance d’une attention soutenue rendent impératives une qualité de l’air maitrisée par à une ventilation adaptée au besoin. Pourtant, on estime qu’en France 80 % des écoles ont une ventilation inexistante ou défaillante.
Les solutions préconisées d’ouverture des fenêtres pendant les périodes d’inoccupation ne permettent pas un renouvellement satisfaisant de l’air et créent de véritables gouffres énergétiques. Les mesures réalisées par les capteurs mis en place par Pando2 (société de mesure de la qualité d’air à distance) dans plus de 1 200 classes et lieux d’accueil de la petite enfance montrent que des pics de concentration de 10 000 ppm de CO2 sont atteints en l’absence de ventilation mécanique, alors que l’OMS recommande des concentrations moyennes de 800 ppm et des maximums à 1 500 ppm.
De nombreuses études ont démontré l’impact d’un taux de CO2 élevé sur les performances cognitives des élèves, avec comme conséquence une diminution de l’attention, une tendance à l’endormissement et des maux de tête. De plus, la récente pandémie de la Covid a mis en évidence un risque accru de transmission de virus dans les espaces confinés, augmentant ainsi sensiblement le taux d’absentéisme.
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Des solutions de surveillance simples et peu onéreuses existent
L’énergie a jusque-là dicté nos choix, souvent au détriment de la qualité de l’air intérieur (QAI). Avec l’explosion des coûts de l’énergie, nous sommes aujourd’hui face à un défi immense dans le bâtiment qui représente plus de 40 % des consommations énergétiques du pays.
La société Pando2 travaille depuis cinq ans à rendre les bâtiments plus sains et performants en s’appuyant sur la mesure environnementale et l’intelligence artificielle. Elle a ainsi démontré la possibilité d’améliorer la performance des bâtiments en conciliant efficacité énergétique et qualité de l’air.
La solution réside dans l’instrumentation des bâtiments et le suivi en continu et en temps réel de la QAI. La mise en oeuvre est très simple car elle s’appuie sur des capteurs communicants, sans fils, connectés au cloud. Les modes de restitution sont également simples et clairs, le nombre d’utilisateurs pour un même lieu n’est pas limité et le service est assuré sous forme d’abonnement annuel.
Les bâtiments les plus modernes sont déjà équipés de capteurs de température et d’humidité, mais peu sont équipés de capteurs de CO2 et encore moins de capteurs de QAI.
Le suivi de la température permet de s’assurer que le système de chauffage fonctionne correctement et que les consignes en occupation et inoccupation sont respectées. Suite au déploiement de plus de 250 capteurs dans 48 bâtiments à Lorient, la ville a réalisé une économie de 30 % sur ses coûts de chauffage et aura donc rentabilisé son investissement dès le premier hiver.
Mesurer le CO2, au-delà de répondre aux obligations règlementaires, fournit une information précieuse sur le renouvellement d’air et sur l’occupation des espaces. Une bonne gestion du CO2 permet de préserver les capacités cognitives et de prévenir la transmission de virus aéroportés. Dans le cas d’un bâtiment équipé d’un système de ventilation mécanique, les débits d’air pourront être asservis à ces mesures. Mais les débits d’air règlementaires sont obsolètes alors que le renouvellement et l’apport d’air neuf sont les principaux leviers d’action qui permettent de maîtriser les concentrations de CO2, de composés organiques volatils totaux (COVT) et de particules fines. Afin de garantir une bonne qualité de l’air intérieur , il faut pouvoir augmenter les débits d’air dont le coût énergétique associé peut être compensé par un fonctionnement à la demande.
La bonne maîtrise des conditions extérieures permet également de répondre à un double objectif car il devient nécessaire d’alerter les occupants d’un épisode climatique extrême aussi bien que d’un épisode de pollution. La prise en compte de ces aléas permet d’optimiser automatiquement le fonctionnement des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation.
Enfin, cette approche permet de sensibiliser et impliquer toutes les parties prenantes. Grâce à la restitution simple de l’ensemble des informations, l’occupant d’un bâtiment devient acteur de la qualité de l’air et de l’efficacité énergétique du bâtiment.
Comment assurer une bonne qualité de l’air intérieur en restant énergétiquement efficace ?
La ventilation a un double objectif : d‘une part renouveler l’air des pièces occupées pour maintenir le taux de CO2 à un niveau acceptable, d’autre part diluer les polluants intérieurs liés aux matériaux (les composants organiques volatils ou COV). Afin d’optimiser les consommations énergétiques, un débit d’air modulé par des sondes de CO2 sera injecté en période d’occupation et un débit faible et permanent le reste du temps.
La ventilation double flux est la seule solution permettant d’assurer une bonne qualité d’air tout en limitant drastiquement les consommations énergétiques dues au renouvellement d’air en période hivernale. Les centrales double flux intègrent sur le même châssis un ventilateur permettant d’insuffler l’air neuf de l’extérieur et un ventilateur d’extraction permettant d’évacuer l’air intérieur vicié. Les deux flux d’air se croisent dans un échangeur à plaque ou à roue qui permettent de récupérer jusqu’à 95 % de la chaleur qui serait perdue en hiver sans cette récupération. Tout en insufflant les débits nécessaires à la dilution des polluants, une telle solution permet de filtrer l’air entrant et d’apporter du confort thermique par l’ajout de batteries chaudes ou froides reliées au choix à un système traditionnel (réseau de chauffage urbain, chaudière, pompe à chaleur), adiabatique (ruissellement d’eau sur le flux d’air reprise) ou thermodynamique (pompe à chaleur intégrée dans la centrale).
Afin de pouvoir s’adapter à toutes les architectures, ces centrales de traitement d’air peuvent être placées en toiture ou en local technique mais également dans les faux plafonds ou dans des placards inutilisés. Dans les locaux où la mise en place de gaines est impossible, on adoptera une solution décentralisée avec des produits compacts installés directement dans les salles, tout en veillant à la qualité acoustique du produit installé.
La filtration est souvent nécessaire
Dans toutes les écoles situées dans les zones urbaines, péri-urbaines et proches des axes routiers, une filtration de l’air entrant est nécessaire pour préserver les occupants de la pollution extérieure. L’air extérieur, en centre-ville et aux abords des axes routiers, contient en quantités très importantes des particules fines (PM10 et PM2,5), du dioxyde d’azote (NO2) et de l’ozone (O3) responsables de maladies cardio-vasculaires et de cancers.
fines dans le corps humain.
Comme le montre la figure 1, le corps humain est capable de filtrer les particules jusqu’à une taille de 3 microns. En deçà, les particules fines pénètrent directement dans l’organisme au risque de provoquer des dégâts irrémédiables. Le choix de la qualité de filtration doit se faire en fonction de l’environnement et de la qualité d’air recherchée. Les médias filtrants classiques sont capables d’arrêter des particules de plus en plus petites. Par contre, ils n’ont aucune action sur les gaz pour lesquels il faut utiliser des filtres à charbon actifs (filtres moléculaires).
Depuis de nombreuses années, il est question de la qualité d’air intérieur dans les écoles. Des campagnes de mesures ont apporté beaucoup de résultats. Il est à présent question d’un plan de rénovation des écoles, à exécuter d’ici 2027. Des financements semblent être mis en place pour son exécution. Espérons que la qualité de l’air Intérieur sera comprise dans ces travaux, pour le bien-apprendre des jeunes générations, et qu’elle sera recherchée en ayant recours aux solutions les plus frugales en énergie.
